【摘要】：厭氧氨氧化反應(yīng)作為同時(shí)處理氨氮和亞硝態(tài)氮的反應(yīng),在水處理方面有著很大的優(yōu)勢,厭氧氨氧化菌則是厭氧氨氧化反應(yīng)正常發(fā)生的保障。厭氧氨氧化菌分泌的胞外聚合物(EPS)對反應(yīng)和細(xì)菌生長有什么作用,目前尚未有明確的結(jié)論。本論文旨在研究厭氧氨氧化菌EPS對底物的吸附和底物解吸作用,為理解EPS對厭氧氨氧化菌生長的作用方面提供一定幫助。主要研究成果包括:第一,根據(jù)透析原理,建立EPS吸附底物模型,利用模型對EPS對氨氮和亞硝態(tài)氮的吸附量進(jìn)行計(jì)算。檢測多種底物濃度的氨氮與亞硝態(tài)氮的透析曲線,計(jì)算固定底物濃度的透析常數(shù)k值,分別為k~+_(NH4)=0.16157、k~-_(NO2)=0.08154。后續(xù)EPS相關(guān)吸附實(shí)驗(yàn)的混合液均為高濃度氨氮溶液和亞硝態(tài)氮進(jìn)行稀釋,與EPS溶液的混合溶液。結(jié)合對EPS的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)的基團(tuán)檢測與蛋白組學(xué)的分析結(jié)果,EPS蛋白質(zhì)呈現(xiàn)正電性。蛋白組學(xué)檢測EPS中的蛋白質(zhì)不僅在細(xì)胞內(nèi)部存在,也在細(xì)胞外部存在。第二,吸附等溫實(shí)驗(yàn)表明EPS對氨氮與亞硝態(tài)氮的最佳吸附量與吸附機(jī)理有明顯差別。正交實(shí)驗(yàn)各因素之間未發(fā)生交互作用,實(shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度變化不會(huì)對EPS吸附氨氮或者亞硝態(tài)氮的結(jié)果產(chǎn)生影響。被EPS吸附的亞硝態(tài)氮含量,平均是被吸附的氨氮含量的7.5倍。Freundlich模型可以用來描述EPS蛋白質(zhì)對亞硝態(tài)氮的吸附,但其假設(shè)的多吸附位點(diǎn)不完全適合對氨氮吸附的機(jī)理進(jìn)行描述;Langmuir模型擬合EPS對氨氮的最大吸附濃度與實(shí)驗(yàn)測量值相差較大,但很好的擬合了EPS對亞硝態(tài)氮的吸附作用,擬合的最大吸附濃度比較高。因?yàn)镋PS蛋白質(zhì)的帶正電性,決定了EPS對氨氮和亞硝態(tài)氮的吸附機(jī)理不同。探究EPS全部物質(zhì)如何對底物的吸附是比較難實(shí)現(xiàn)的,提出EPS中某物質(zhì)的可吸附氨氮或者亞硝態(tài)氮的吸附位點(diǎn)濃度,占EPS該類物質(zhì)的各吸附基團(tuán)與各吸附結(jié)構(gòu)位點(diǎn)濃度總量的比率K_a的理論表達(dá)式。第三,吸附氨氮和亞硝態(tài)氮的EPS解吸呈現(xiàn)不同的規(guī)律。建立EPS解吸計(jì)算模型,對吸附底物的EPS進(jìn)行解吸實(shí)驗(yàn)研究。EPS所吸附的氨氮基本可以全部解吸;亞硝態(tài)氮濃度較低時(shí),EPS所吸附的亞硝態(tài)氮基本能全部解吸,當(dāng)亞硝態(tài)氮濃度較高時(shí),約有一半的亞硝態(tài)氮以更加穩(wěn)定的電性作用方式與EPS相結(jié)合,較難解吸。計(jì)算EPS吸附與解吸的反應(yīng)平衡常數(shù),表明盡管氨氮和亞硝態(tài)氮的吸附機(jī)理不同,但EPS對氨氮和亞硝態(tài)氮均趨向于吸附;利用單位EPS對底物保存量p,以公式形式,對EPS對底物的吸附量、解吸量和EPS的加入量進(jìn)行描述,表明添加EPS含量越高,保留在EPS層中的底物越多;利用物質(zhì)擴(kuò)散模型,對底物在EPS中的分配計(jì)算進(jìn)行描述,以及推出EPS對底物的多種作用方式的計(jì)算公式。底物在EPS層中受到結(jié)構(gòu)吸附與解吸,電性吸附與解吸的作用,底物透過EPS遷移到細(xì)菌菌體就是底物在EPS中的傳質(zhì)過程。第四,通過對厭氧氨氧化菌EPS對氨氮和亞硝態(tài)氮的吸附和解吸作用進(jìn)行研究,結(jié)合EPS對雙底物的吸附機(jī)理與吸附量,揭示了自然環(huán)境中,具有EPS的厭氧氨氧化菌對底物產(chǎn)生的雙重作用機(jī)理,分別為對氨氮的隔離作用和對亞硝態(tài)氮的富集作用。這種雙重作用為厭氧氨氧化菌在自然界廣泛分布提供了保障。
【圖文】：

氧化反應(yīng)是自然界氮素循環(huán)的重要反應(yīng)之一，據(jù)報(bào)道，釋放到的氮，是由長期以來被認(rèn)為不可能的厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的[1]，統(tǒng)稱為厭氧氨氧化菌，作為氮素循環(huán)的參與者，其分布非常污水處理系統(tǒng)[3,4]、未受人類影響的自然界水體、城市徑流、湖，都有相關(guān)報(bào)道[5-8]。也在這些區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了分屬各不同科屬的,10]。目前厭氧氨氧化菌已經(jīng)發(fā)現(xiàn)6個(gè)屬至少27個(gè)種[11-13,29]，見表物分類學(xué)研究，厭氧氨氧化菌為浮霉菌門(Planctomycetes)的成厭氧氨氧化菌為厭氧化能自養(yǎng)型微生物，以二氧化碳為唯一碳與NO2-為底物；對氧敏感，，只能在氧分壓低于5%氧飽和濃度條范圍為6.7-8.3；為革蘭氏陰性細(xì)菌；自然條件下的細(xì)菌增長率非h，倍增時(shí)間為10.6d[27]；經(jīng)過一定的培養(yǎng)，倍增周期可以縮短[14，富集培養(yǎng)物為紅色或者深紅色；能分泌胞外聚合物，容易形有特殊細(xì)胞器：厭氧氨氧化體。另外，有人認(rèn)為厭氧氨氧化細(xì)陰性菌也不屬于革蘭氏陽性菌[15]。

1 緒論NO，以NO為氧化劑，接受2個(gè)[H]同時(shí)將氨氮氧化為N2H4，然后N作用生成N2和4[H]。在這個(gè)模型中，亞硝酸鹽作為NO的前體并且]與1個(gè)電子的受體，同時(shí)在其氧化為硝酸鹽的過程中提供能量。厭可分為3個(gè)步驟進(jìn)行：反應(yīng)1：NO2-+2 H++e-→NO+H2O反應(yīng)2：NO+NH4++2 H++3 e-→N2H2+H2O反應(yīng)3：N2H2→N2+4 H++4 e-
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2680908